DE3706733A1

DE3706733A1 - GAS SEPARATION PROCESS WITH SINGLE DISTILLATION COLUMN

Info

Publication number: DE3706733A1
Application number: DE19873706733
Authority: DE
Inventors: Thirthahalli Ashok Shenoy; Keith Bateman Wilson
Original assignee: Air Products and Chemicals Inc
Current assignee: Air Products and Chemicals Inc
Priority date: 1986-03-10
Filing date: 1987-03-02
Publication date: 1987-09-24
Also published as: JPH0123710B2; JPS62218782A; US4707994A; DE3706733C2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Trennung von Gasmischungen in im wesentlichen reine komprimierte gasförmige ProduktbestandteileThe present invention relates to separation of gas mixtures into essentially pure compressed gaseous product components

Im Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Trennung von Gasmischungen in ihre hauptsächlichen Bestandteile bekannt und wurden verwendet. Zusätzlich ist aus dem Stand der Technik bekannt, eine Einzeldruckdestillationskolonne für solche Trennungen zu verwenden.Various methods are available in the prior art Separation of gas mixtures into their main ones Components known and used. In addition is known from the prior art, a single pressure distillation column for such separations too use.

In US-PS 32 14 926 ist ein Verfahren zur Herstellung von flüssigem Sauerstoff oder flüssigem Stickstoff beschrieben. In diesem Patent ist es jedoch notwendig, zwei Destillationskolonnen zu besitzen, eine mit hohem Druck und die andere mit niedrigem Druck, um flüssigen Sauerstoff zu extrahieren.In US-PS 32 14 926 is a process for the preparation of liquid oxygen or liquid nitrogen. In this patent, however, it is necessary to have two To own distillation columns, one with high pressure and the other with low pressure to liquid oxygen to extract.

In US-PS 32 17 502 ist ein System beschrieben, das eine Einzeldruckdestillationskolonne verwendet. Das Produkt dieses Lufttrennungssystems ist flüssiger Stickstoff, und der Sauerstoff, der in der Luftzufuhr enthalten war, wird abgelassen. In diesem Patent ist es der Sauerstoffstrom, der expandiert wird, um Kälteerzeugung für das Lufttrennungssystem zu liefern.In US-PS 32 17 502 a system is described, the one Single pressure distillation column used. The product this air separation system is liquid nitrogen, and the oxygen that was in the air supply is drained. In this patent, it's the oxygen flow, which is being expanded to produce refrigeration for the Air separation system.

Eine Lufttrennungsanlage zur Herstellung von Sauerstoff ist in US-PS 33 94 555 beschrieben, worin die Verbrennung einer getrennten Brennstoffquelle wie pulverförmige Kohle mit Sauerstoff oder einer Luft-Sauerstoff-Mischung erfolgt, in der Sauerstoff von der Lufttrennungsanlage abgeleitet wird. Dieses Verbrennungsverfahren liefert Energie zur Kompression von Heliumgas zur Kälteerzeugung, die für das Tieftemperaturtrennungssystem erforderlich ist. Die Energie aus einer solchen Verbrennung wird von einem Hydromagnetgenerator abgeleitet. An air separation plant for the production of oxygen is described in US Pat. No. 3,394,555, wherein the combustion a separate fuel source such as powder Coal with oxygen or an air-oxygen mixture takes place in the oxygen from the air separation plant is derived. This combustion process delivers Energy to compress helium gas for refrigeration, those required for the cryogenic separation system is. The energy from such a combustion is derived from a hydromagnet generator.

US-PS 37 31 495 beschreibt ein Lufttrennungssystem, das einen Luftzufuhrkompressor verwendet, der direkt durch eine Turbine von den Verbrennungsgasen betrieben wird. Der Turbinenauslaß erwärmt den Dampf des Dampferzeugers, um den Kompressorantrieb zu ergänzen. Eine elektrische Energieerzeugung wird ebenfalls in Betracht gezogen. Darüber hinaus verwendet diese Entgegenhaltung zwei getrennte Kolonnen bei getrenntem Druck, um die einzelnen gasförmigen Komponenten der Luft, die getrennt werden, zurückzugewinnen.US-PS 37 31 495 describes an air separation system that used an air supply compressor that went straight through a turbine is operated by the combustion gases. The turbine outlet heats the steam from the steam generator, to complement the compressor drive. A electrical power generation is also considered drawn. It also uses this citation two separate columns at separate pressure, around the individual gaseous components of the air that are separated be recovering.

US-PS 41 52 130 beschreibt eine Lufttrennungsanlage, die Mehrfachzufuhren zu einer zweistufigen Destillationskolonne mit zwei Drücken aufweist. Beide Zufuhren zur Destillationskolonne werden durch eine Expansionsvorrichtung expandiert. Das System kann je nach Forderung flüssigen Sauerstoff oder flüssigen Stickstoff erzeugen. US-PS 42 24 045 ist auf ein Verfahren gerichtet, in dem Sauerstoff durch Destillation verflüssigter Luft in einer Anlage mit zwei Kolonnen erzeugt wird. Eine Gasturbine, die durch einen Teil des Stickstoffstromes aus der Destillation betrieben wird, liefert die Energie, um die Luftzufuhr zu komprimieren.US-PS 41 52 130 describes an air separation plant, the Multiple feeds to a two stage distillation column with two pressures. Both feeds to Distillation column are through an expansion device expands. The system can, depending on the requirement generate liquid oxygen or liquid nitrogen. US-PS 42 24 045 is directed to a method in which Oxygen by distilling liquefied air into a system with two columns is generated. A gas turbine which by a part of the nitrogen flow The distillation process delivers the energy to to compress the air supply.

US-PS 43 82 366 beschreibt eine Lufttrennungsanlage, die eine Einzeldruckdestillationskolonne verwendet und einen aufgebrachten Sauerstoffstrom verbrennt, um Energie für den Luftkompressor zu liefern, das Sauerstoffprodukt muß jedoch erneut unter Druck gesetzt werden. Die Destillationskolonne dieses Patentes hat eine getrennte Zufuhr und verwendet einen Teil der Zufuhr, um Wiederaufkochung und Rückfluß zu regeln. Die Regelung des Rückflusses erfolgt durch Einlasses dieses Stromes in die Oberseite der Kolonne eher als die Verwendung als Arbeitsfluid für den Kondensator.US-PS 43 82 366 describes an air separation plant that used a single pressure distillation column and one applied oxygen stream burns to energy for to supply the air compressor, the oxygen product must but be put under pressure again. The distillation column this patent has a separate feed and used part of the feed to reboil and regulate reflux. Regulating the backflow is done by admitting this stream into the top the column rather than use as a working fluid for the capacitor.

Der oben erläuterte Stand der Technik beschreibt keine wirksame Weise, mit der Gasbestandteile aus Gasmischungen abgetrennt werden können, indem eine Einzeldruckdestillationskolonne verwendet wird, die die Gaszufuhr als Arbeitsfluid verwendet, um sowohl Rückfluß als auch Wiederaufkochung zu schaffen.The prior art explained above does not describe any effective way of using gas components from gas mixtures can be separated by a single pressure distillation column the gas supply is used used as working fluid to both reflux and To create reboil.

Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren zur Abtrennung im wesentlichen reiner komprimierter gasförmiger Produktbestandteile aus einer Gasmischung in einer Einzeldruckdestillationskolonne gerichtet, welches die Stufen umfaßt: Komprimieren eines Gaszufuhrstromes, wenn dieser nicht bereits komprimiert ist, Entfernung von Verunreinigungen aus dem Gaszufuhrstrom, die bei Tieftemperaturen gefrieren würden, Abkühlen des Gaszufuhrstromes, Expandieren und weiteres Abkühlen des Gaszufuhrstromes in einer Turbine, um Arbeit zu erzeugen, Wärmeaustausch des Gaszufuhrstromes mit der flüssigen Phase des Kolonnenbodens, um den Gaszufuhrstrom zumindest teilweise zu kondensieren und zumindest einen Teil der Flüssigkeit wiederaufzukochen, weiteres Abkühlen des zumindest teilweise kondensierten Gaszufuhrstromes, Trennen des unterkühlten Stromes in zwei Teilströme, Expandieren des ersten Teilstromes und Einleiten in die Destillationskolonne als Rückfluß, Expandieren des zweiten Teilstromes auf einen geringeren Druck, Wärmeaustausch des expandierten zweiten Teilstromes gegen die Dampfphase aus dem oberen Teil der Kolonne, um die Dampfphase teilweise zu kondensieren und den zweiten Teil des Gaszufuhrstromes vollständig zu verdampfen, um dadurch den Kolonnenrückfluß zu schaffen, kaltes Komprimieren des zweiten Teilstromes auf einen Druck oberhalb des Betriebsdruckes der Kolonne, wahlweise das Heraustrennen eines kleinen Seitenstromes, um dadurch die Produktreinheit zu vergrößern, Einlassen des verbleibenden zweites Teilstromes in einen mittleren Punkt der Kolonne, Entfernen eines Gasproduktbestandteiles mit geringerem Siedepunkt aus dem oberen Teil der Kolonne unter Druck als Kopfproduktstrom und Entfernen eines Produktbestandteiles mit höherem Siedpunkt aus dem Kolonnenboden unter Druck.The present invention is related to a method of separation essentially pure compressed gaseous Product components from a gas mixture in one Single-pressure distillation column directed which Stages include: compressing a gas feed stream if this is not already compressed, removal of Impurities from the gas supply stream that occur at low temperatures would freeze, cool the gas supply stream, Expand and further cool the gas supply stream in a turbine to generate work Heat exchange of the gas supply flow with the liquid Phase of the tray at least to the gas supply flow partially condense and at least one Boil part of the liquid again, cool further the at least partially condensed gas feed stream, Separating the supercooled stream into two sub-streams, Expanding the first partial flow and introducing it into the distillation column as reflux, expanding the second partial flow to a lower pressure, Heat exchange of the expanded second partial flow against the vapor phase from the upper part of the column partially condense the vapor phase and the second Part of the gas supply stream to evaporate completely thereby creating column reflux, cold compression of the second partial flow to a pressure above the operating pressure of the column, optionally the separation a small sidestream to ensure product purity to enlarge, admitting the remaining second partial flow in a middle point of Column, removing a gas product component with lower boiling point from the upper part of the column under pressure as a top stream and removing one Product component with a higher boiling point from the Column tray under pressure.

Die vorliegende Erfindung ist für Abtrennung von Luft in komprimierte Sauerstoff- und Stickstoffprodukte besonders vorteilhaft. Wenn das Verfahren zur Lufttrennung verwendet wird, umfaßt es die oben aufgelisteten Schritte, zusätzlich kann das Stickstoffprodukt als sekundäres Kühlgas für die Verbrennungseinrichtung verwendet werden, dessen Auslaßgas, wenn es einer Gasturbine zugeführt wird, mechanische Energie liefern kann, die zur Kompression der Luftzufuhr und/oder Elektroenergieerzeugung zur Abgabe oder zum Betrieb des Verfahrens verwendet werden kann.The present invention is for separation of air in compressed oxygen and nitrogen products in particular advantageous. When the air separation process used, it includes those listed above Steps, in addition, the nitrogen product can be used as a secondary Cooling gas used for the combustion device be its exhaust gas if it is a gas turbine is supplied, can supply mechanical energy, those used to compress air supply and / or power generation to deliver or operate the procedure can be used.

Die Zeichnung zeigtThe drawing shows

Fig. 1 ein Fließschema der vorliegenden Erfindung, wobei das Fließschema eine Gastrennungsanlage zeigt, die den Gaszufuhrstrom als Arbeitsfluid für den Reboiler und den Kondensator verwendet; Fig. 1, which used a flow diagram of the present invention, the flow chart shows a gas separation plant to the gas feed stream as the working fluid for the reboiler and the condenser;

Fig. 2 ein Fließschema einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei das Fließschema eine Lufttrennungsanlage für die Herstellung von Sauerstoff- und Stickstoffprodukten zeigt, die den Luftzufuhrstrom als Arbeitsfluid für den Reboiler und den Kondensator, einen kleinen Luftseitenstrom als Verbrennungsgas gleichzeitig mit dem Brennstoff und das Stickstoffprodukt als sekundäre Kühlluft zum Abschrecken der Verbrennungseinrichtung verwendet, dessen Auslaßgas, wenn es einer Gasturbine zugeführt wird, Kompressionsenergie für das Verfahren und wahlweise elektrische Energie für den Verfahrensbetrieb und zur Abgabe liefert; Fig. 2 is a flow diagram of a preferred embodiment of the present invention, the flow diagram showing an air separation plant for the production of oxygen and nitrogen products, the air supply stream as the working fluid for the reboiler and the condenser, a small air side stream as the combustion gas simultaneously with the fuel and the Using nitrogen product as secondary cooling air to quench the combustor, the exhaust gas of which, when supplied to a gas turbine, provides compression energy for the process and optionally electrical energy for process operation and delivery;

Fig. 3 eine grafische Darstellung des Verhältnisses der Gesamtluft zur Luft der Destillationskolonne gegenüber der Reinheit des Sauerstoffproduktes; Figure 3 is a graphical representation of the ratio of the total air to the air of the distillation column compared to the purity of the oxygen product.

Fig. 4 eine grafische Darstellung der Reinheit des Sauerstoffproduktes gegenüber der Rückgewinnung des Sauerstoffes in der Zufuhr, die die vorliegende Erfindung und US-PS 43 82 366 vergleicht. Fig. 4 is a graphical representation of the purity of the oxygen product versus the recovery of oxygen in the feed, which compares the present invention and US-PS 43 82 366.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist ein Tieftemperaturgasabscheider mit einer Einzeldruckdestillationskolonne gezeigt. Diese Kolonne und die Seite des Arbeitsfluids des Reboilers müssen unter dem kritischen Druck der Gasmischungszufuhr betrieben werden, und das Verfahren muß bei Drücken oberhalb des atmosphärischen Druckes betrieben werden. Der Gasmischungsstrom 1 wird dem Kompressor 100 zugeführt. Dieser Schritt ist nicht notwendig, wenn das Gas bereits einen ausreichend hohen Druck hat. Die komprimierte Gaszufuhr, Strom 2, wird der Vorrichtung 300 zugeführt, um die Verunreinigungen zu entfernen, die bei Tieftemperaturen gefrieren würden. Diese Einheit kann von jeder Art sein, die Verunreinigungen entfernt, die bei Tieftemperaturen gefrieren würden, die bevorzugteste Vorrichtung ist eine Molekularsiebvorrichtung. Die Gaszufuhr wird als Strom 3 zur Kühlung im Wärmeaustauscher 200 gegen die wärmenden Produktströme zurückgeführt. In Abhängigkeit von der Natur des Gaszufuhrstromes kann es geeignet sein, die Gaszufuhr von ihrer jetzigen Temperatur auf eine Temperatur abzukühlen, bei der eine optimale Entfernung der Verunreinigungen stattfinden würde. Wenn dies so wäre, würde danach der Gaszufuhrstrom 2 zuerst zu einem Wärmeaustauscher 200 geführt, um ihn auf eine optimale Entfernungstemperatur abzukühlen, danach zur Vorrichtung 300 geleitet, um die Verunreinigungen zu entfernen und zum weiteren Abkühlen zurück zur Vorrichtung 200 geführt. Die abgekühlte Gaszufuhr, Strom 4, wird dann in der Turbine 101 expandiert, um einen Teil der für das Verfahren benötigten Kälteerzeugung zu liefern und weiter im Wärmeaustauscher 201 abgekühlt. Der Schritt der Expansion und weiteren Abkühlung kann in einer einzelnen Stufe oder in einer Mehrzahl von Stufen durchgeführt werden, die relativen Wärmekapazitäten der Gaszufuhr und der zurückkommenden Produktströme wird die Zahl der Stufen festlegen, die für diesen Schritt am besten sind.Referring to Fig. 1, there is shown a cryogenic gas separator with a single pressure distillation column. This column and the side of the working fluid of the reboiler must be operated at the critical pressure of the gas mixture feed and the process must be operated at pressures above atmospheric. The gas mixture stream 1 is fed to the compressor 100 . This step is not necessary if the gas is already at a sufficiently high pressure. The compressed gas feed, stream 2 , is fed to device 300 to remove the contaminants that would freeze at low temperatures. This unit can be of any type that removes contaminants that would freeze at low temperatures, the most preferred device is a molecular sieve device. The gas supply is returned as stream 3 for cooling in the heat exchanger 200 against the warming product streams. Depending on the nature of the gas supply stream, it may be suitable to cool the gas supply from its current temperature to a temperature at which an optimal removal of the contaminants would take place. If so, then the gas feed stream 2 would first be directed to a heat exchanger 200 to cool it to an optimal removal temperature, then passed to the device 300 to remove the contaminants and returned to the device 200 for further cooling. The cooled gas supply, stream 4 , is then expanded in the turbine 101 to provide some of the refrigeration required for the process and further cooled in the heat exchanger 201 . The expansion and further cooling step can be carried out in a single step or in a plurality of steps, the relative heat capacities of the gas supply and the returning product flows will determine the number of steps which are best for this step.

Die Gaszufuhr vom Wärmeaustauscher 201, Strom 5, wird dem Reboiler 202 der Destillationskolonne 400 zugeführt, worin der Strom 5 die Heizleistung liefert, die notwendig ist, um die Flüssigkeit in der Kolonne aufzukochen, und er wird in diesem Verfahren zumindest teilweise selbst kondensiert. Das verflüssigte Gas, Strom 6, das den Reboiler verläßt, wird im Wärmeaustauscher 203 weiter abgekühlt. Dieser unterkühlte Strom, Strom 7, wird in zwei Teilströme getrennt. Der erste Teilstrom wird durch ein Drosselventil, Vorrichtung 501, expandiert und betritt die Destillationskolonne 400 vorrangig in der flüssigen Phase als Strom 14. Der zweite Teilstrom wird durch das Drosselventil 500 expandiert, um die Niedrigtemperatur-Abkühlleistung im Kondensator 204 für die Destillationskolonne 400 zu liefern. In diesem Verfahren wird zur Lieferung dieser Leistung der Strom 8 vollständig verdampft, und dieser Dampfstrom, Strom 9, wird verwendet, um einen Teil der Unterkühlungsleistung für den Strom 6 im Wärmeaustauscher 203 zu schaffen. Der wiedererwärmte bzw. nachgewärmte Dampf, der Strom 10, wird dann wieder in dem Kältekompressor 103 auf einen Druck oberhalb des Betriebsdruckes der Kolonne 400 komprimiert. Diese erneute Kompression ist notwendig, da der Druck des Stromes 8 (nach der Expansion) bei einem Druck liegt, der geringer als der der Kolonne ist.The gas supply from heat exchanger 201 , stream 5 , is fed to reboiler 202 of distillation column 400 , where stream 5 provides the heating power necessary to boil the liquid in the column and is at least partially self-condensed in this process. The liquefied gas, stream 6 , which leaves the reboiler, is further cooled in the heat exchanger 203 . This supercooled stream, stream 7 , is separated into two sub-streams. The first partial stream is expanded by a throttle valve, device 501 , and enters the distillation column 400 primarily in the liquid phase as stream 14 . The second substream is expanded through the throttle valve 500 to provide the low temperature cooling capacity in the condenser 204 for the distillation column 400 . In this process, stream 8 is completely evaporated to deliver this power, and this steam stream, stream 9 , is used to provide some of the supercooling power for stream 6 in heat exchanger 203 . The reheated or reheated steam, the stream 10 , is then compressed again in the refrigeration compressor 103 to a pressure above the operating pressure of the column 400 . This re-compression is necessary because the pressure of stream 8 (after expansion) is at a pressure which is lower than that of the column.

Der Auslaßstrom des Kompressors 103, Strom 11, mit einem Druck, der etwas höher als der der Kolonne 400 ist, kann wahlweise in zwei Ströme getrennt werden. Wegen der Begrenzung der Leistungen des Reboilers und des Kondensators der Kolonne 400 kann ein geringer Anteil herausgetrennt werden, um dadurch die Produktreinheit zu erhöhen. Deshalb wird der Strom 20 herausgetrennt und wird auf Umgebungstemperatur erwärmt und geht als Strom 21 heraus, der als "Überschußgas" bezeichnet wird. Der größere Anteil des Stromes 11 oder der gesamte Anteil in den Fällen, in denen kein Seitenstrom entfernt wird, der Strom 12, wird im Wärmeaustauscher 205 gegen das Wiedererwärme- bzw. Nachwärmeprodukt (nachfolgend als Nachwärmeprodukt bezeichnet), die Ströme 40 bzw. 31, abgekühlt. Der abgekühlte Gaszufuhrstrom 13 wird der Destillationskolonne 400 zugeführt. Die Destillationskolonne, eine Einzeldruckkolonne, die eine Vielzahl von Böden enthält, arbeitet bei superatmosphärischen Drücken und bewirkt eine Destillationstrennung zwischen dem Produktbestandteil mit geringerem Siedepunkt, Strom 30, und dem Produktbestandteil mit höherem Siedepunkt, Strom 40. Der komprimierte Produktbestandteil mit höherem Siedepunkt, der vom Kolonnenboden freikommt, wird in den Wärmeaustauschervorrichtungen 205, 201 und 200 wieder auf Umgebungstemperatur erwärmt und geht als Strom 42 heraus, der als "komprimiertes Produkt mit höherem Siedepunkt" bezeichnet wird. Das komprimierte Produkt mit geringerem Siedepunkt, Strom 30, von dem oberen Teil der Kolonnen 400 wird in den Wärmeaustauschervorrichtungen 203, 205, 201 und 200 wieder auf Umgebungstemperatur erwärmt und tritt als Strom 33 aus, der als "komprimiertes Produkt mit geringerem Siedepunkt" bezeichnet wird.The outlet stream of compressor 103 , stream 11 , at a pressure slightly higher than that of column 400 , can optionally be separated into two streams. Because of the limitation of the performance of the reboiler and the condenser of the column 400 , a small proportion can be separated out, thereby increasing the product purity. Therefore, stream 20 is separated out and warmed to ambient temperature and emerges as stream 21 , which is referred to as "excess gas". The greater proportion of stream 11 or the entire proportion, in the case in which no side stream is removed, stream 12 , is exchanged in the heat exchanger 205 for the reheating or reheating product (hereinafter referred to as the reheating product), the streams 40 and 31 , respectively. cooled down. The cooled gas feed stream 13 is fed to the distillation column 400 . The distillation column, a single pressure column that contains a large number of trays, works at superatmospheric pressures and effects a distillation separation between the product component with a lower boiling point, stream 30 , and the product component with a higher boiling point, stream 40 . The higher boiling point compressed product component released from the tray is reheated to ambient temperature in heat exchange devices 205, 201 and 200 and exits as stream 42 which is referred to as a "higher boiling point compressed product". The compressed, lower boiling point product, stream 30 , from the upper portion of columns 400 is reheated to ambient temperature in heat exchange devices 203, 205, 201 and 200 and exits as stream 33 , which is referred to as a "lower boiling point compressed product" .

Er kann mechanisch geeignet sein, um die mechanische Energie aus der Expansionsvorrichtung 101 zu liefern, die für den Kältekompressor 103 erforderlich ist.It can be mechanically suitable for supplying the mechanical energy from the expansion device 101 that is required for the refrigeration compressor 103 .

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist ein Tieftemperatursauerstoffgenerator mit einer Einzeldruckdestillationskolonne gezeigt, die unter den kritischen Bedingungen der Luft arbeitet. Luft, Strom 110, wird dem Kompressor 104 zugeführt, der Auslaß dieses Kompressors, Strom 111, wird in einen Teil der Luft, die der Trennung zugeführt wird, Strom 113, und den Rest der Luft, Strom 112, getrennt, die wärmeausgetauscht wird und mit einem Brennstoff der Verbrennungsvorrichtung 610 zugeführt wird. Der Luftzufuhrstrom 113, der komprimiert wurde, wird im Wärmeaustauscher 210 teilweise abgekühlt, der Molekularsiebvorrichtung 310 zugeführt, um Wasser und Kohlendioxid zu entfernen und als Strom 115 zum weiteren Abkühlen im Wärmeaustauscher 210 gegen die wärmenden Produktströme zurückgeführt. Die abgekühlte Luftzufuhr, Strom 16, wird danach in der Turbine 105 expandiert, um einen Teil der Kälteerzeugung zu liefern, die für das Verfahren notwendig ist, im Wärmeaustauscher weiter abgekühlt und danach in der Turbine 106 expandiert (siehe Strom 118), um einen weiteren Anteil der für den Kreislauf erforderlichen Kälteerzeugung zu liefern.Referring to Figure 2, there is shown a cryogenic oxygen generator with a single pressure distillation column that operates under the critical conditions of the air. Air, stream 110 , is supplied to compressor 104 , the outlet of this compressor, stream 111 , is separated into part of the air which is fed to the separation, stream 113 , and the rest of the air, stream 112 , which is heat exchanged and is supplied to the combustion device 610 with a fuel. The air feed stream 113 , which has been compressed, is partially cooled in the heat exchanger 210 , fed to the molecular sieve device 310 to remove water and carbon dioxide, and returned as stream 115 for further cooling in the heat exchanger 210 against the warming product streams. The cooled air supply, stream 16 , is then expanded in turbine 105 to provide some of the refrigeration required for the process, further cooled in the heat exchanger, and then expanded in turbine 106 (see stream 118 ) for another Share of the refrigeration required for the cycle.

Das Auslaßgas aus der Turbine 106, Strom 119, wird dem Reboiler 212 der Destillationskolonne 410 zugeführt, worin der Strom 119 die Heizleistung liefert, die notwendig ist, um die Flüssigkeit in der Kolonne wieder aufzukochen, und dieser wird in diesem Verfahren zumindest teilweise selbst kondensiert. Die verflüssigte Luft, Strom 120, die den Reboiler verläßt, wird im Wärmeaustauscher 213 weiter abgekühlt, und der unterkühlte flüssige Strom 121 wird in zwei Teilströme getrennt. Der erste Teilstrom wird durch Drosselventil 511 expandiert und betritt die Destillationskolonnen 410 vorwiegend in der flüssigen Phase, Strom 128. Der zweite Teilstrom wird danach durch das Drosselventil 510 expandiert, um die Niedrigtemperatur-Kühlleistung im Kondensator 214 für die Destillationskolonne 410 zu liefern. The exhaust gas from turbine 106 , stream 119 , is fed to reboiler 212 of distillation column 410 , where stream 119 provides the heating power necessary to reboil the liquid in the column and is at least partially self-condensed in this process . The liquefied air, stream 120 , which leaves the reboiler, is further cooled in the heat exchanger 213 , and the supercooled liquid stream 121 is separated into two substreams. The first partial stream is expanded by throttle valve 511 and enters the distillation columns 410 predominantly in the liquid phase, stream 128 . The second substream is then expanded through throttle valve 510 to provide the low temperature cooling capacity in condenser 214 for distillation column 410 .

In diesem Verfahren der Bereitstellung dieser Leistung wird der Strom 122 vollständig verdampft, und dieser Dampfstrom, der Strom 123, wird verwendet, um eine gewisse Unterkühlungsleistung für den Strom 120 im Wärmeaustauscher 213 zu liefern. Der wiedererwärmte Dampf, der Strom 124, wird dann im Kältekompressor 107 auf einen Druck oberhalb des Betriebsdruckes der Kolonne 410 erneut komprimiert. Diese erneute Kompression ist notwendig, da der Druck des Stromes 122 (nach der Expansion) ein Druck ist, der niedriger als der der Kolonne ist.In this method of providing this power, stream 122 is completely evaporated and this steam stream, stream 123 , is used to provide some supercooling power for stream 120 in heat exchanger 213 . The reheated steam, the stream 124 , is then compressed again in the refrigeration compressor 107 to a pressure above the operating pressure of the column 410 . This re-compression is necessary because the pressure of stream 122 (after expansion) is a pressure that is lower than that of the column.

Der Abgasstrom des Kompressors 107, der Strom 125, bei einem Druck, der etwas höher als der der Kolonne 410 ist, kann in zwei Ströme getrennt werden. Wegen der Begrenzung der Leistungen des Reboilers und des Kondensators der Kolonne kann ein geringer Teil herausgetrennt werden, um dadurch die Reinheit des Produktes zu vergrößern. Fig. 3 zeigt eine grafische Darstellung des Verhältnisses des Gesamtluftdurchsatzes durch das Verfahren zum Luftdurchsatz durch die Destillationskolonne gegenüber der Reinheit des Sauerstoffproduktes. Aus dieser grafischen Darstellung ist ebenfalls ersichtlich, daß ein Überschuß des Luftdurchsatz durch das Verfahren erforderlich ist, um Sauerstoffreinheiten von größer als etwa 96,5 Vol.-% zu erzielen. Dies ist der Überschuß, der im Strom 130 entfernt wird. Deshalb wird der Strom 130 herausgetrennt und auf Umgebungstemperatur erwärmt und tritt als Strom 131 aus. Der größere Anteil des Stromes 125 oder der gesamte Teil, wenn kein Seitenstrom entfernt wird, der Strom 126, wird im Wärmeaustauscher 215 gegen das Nachwärmeprodukt, die Ströme 150 bzw. 141 abgekühlt Der abgekühlte Luftzufuhrstrom 127 wird der Destillationskolonne 410 zugeführt.The exhaust gas stream from compressor 107 , stream 125 , at a pressure slightly higher than that of column 410 , can be separated into two streams. Due to the limitation of the performance of the reboiler and the condenser of the column, a small part can be removed to increase the purity of the product. Fig. 3 is a graph showing the ratio of the total air flow rate by the method for air flow through the distillation column compared to the purity of the oxygen product. It can also be seen from this graph that an excess of air flow through the process is required to achieve oxygen purities greater than about 96.5% by volume. This is the excess that is removed in stream 130 . Therefore, stream 130 is separated out and warmed to ambient temperature and exits as stream 131 . The greater part of stream 125 or the entire part, if no side stream is removed, stream 126 , is cooled in the heat exchanger 215 against the after-heat product, the streams 150 and 141, respectively. The cooled air supply stream 127 is fed to the distillation column 410 .

Die Destillationskolonne, eine Einzeldruckkolonne, die z. B. etwa 50 Böden enthält, arbeitet bei superatmosphärischem Druck bis zu etwa 200 psia (13,79 bar) und bewirkt eine Destillationstrennung zwischen dem Sauerstoffprodukt, Strom 150, und dem Stickstoffprodukt, Strom 140. Das komprimierte Sauerstoffprodukt, das vom Kolonnenboden aufsteigt, wird in den Wärmeaustauschern 215, 211 und 210 wieder auf Umgebungstemperatur erwärmt und tritt als Strom 152 aus, der als "komprimiertes Sauerstoffprodukt" bezeichnet wird.The distillation column, a single pressure column, the z. B. contains about 50 trays, operates at superatmospheric pressure up to about 200 psia (13.79 bar) and causes a distillation separation between the oxygen product, stream 150 , and the nitrogen product, stream 140 . The compressed oxygen product rising from the tray is reheated to ambient temperature in heat exchangers 215, 211 and 210 and exits as stream 152 , which is referred to as a "compressed oxygen product".

Das komprimierte Stickstoffprodukt, der Strom 140, vom oberen Teil der Kolonne 410, wird in den Wärmeaustauschervorrichtungen 213, 215, 211 und 210 wieder auf Umgebungstemperatur erwärmt und tritt als Strom 143 aus, der als "komprimiertes Stickstoffprodukt" bezeichnet wird. Dieses komprimierte Stickstoffprodukt, der Strom 143, der frei von Wasser und Kohlendioxid ist und bei einem Druck unter dem des Stromes 114 liegt, ist ein idealer Strom, um ihn insgesamt oder teilweise für die Regenerierung der Molekularsiebvorrichtung 310 zu verwenden. Ob der komprimierte Stickstoffstrom dazu verwendet wird, die Molekularsiebvorrichtung zu regenerieren oder nicht, wird er als sekundäres Kühlgas für die Verbrennungsvorrichtung 610 verwendet. Das Auslaßgas, der Strom 134, aus der Verbrennungsvorrichtung 610, wird verwendet, um die Gasturbine 108 zu betreiben, die die Energie liefert, um die Luftzufuhr, den Strom 110, zu komprimieren. Der rezirkulierte Luftstrom, der Strom 131, wird gleichzeitig mit dem abgetrennten komprimierten Luftstrom, Strom 112, dem Brennstoff, Strom 113, verbrannt, um die Kompressionsleistung zu erzeugen.The compressed nitrogen product, stream 140 , from the top of column 410 , is reheated to ambient temperature in heat exchange devices 213, 215, 211 and 210 and exits as stream 143 , which is referred to as a "compressed nitrogen product". This compressed nitrogen product, stream 143 , which is free of water and carbon dioxide and is at a pressure below that of stream 114 , is an ideal stream to use in whole or in part for the regeneration of molecular sieve device 310 . Whether or not the compressed nitrogen stream is used to regenerate the molecular sieve device is used as the secondary cooling gas for the combustion device 610 . The exhaust gas, stream 134 , from combustor 610 is used to operate gas turbine 108 , which provides the energy to compress the air supply, stream 110 . The recirculated air stream, stream 131 , is burned simultaneously with the separated compressed air stream, stream 112 , the fuel, stream 113 , to produce the compression power.

Um ausreichende Abkühlungsenergie zu liefern, damit der Zyklus wie gefordert durchgeführt werden kann, ist es notwendig, daß die Luftzufuhr, Strom 113, auf einen Druck komprimiert wird, daß die Expansion der Expansionsvorrichtungen 105 und 106 ausreichend hoch ist, um sowohl den Kompressor 107 zu betreiben und ausreichende Kälteerzeugung zu schaffen, um die verlorengehende Wärme zu kompensieren und die warme Endtemperatur im Wärmeaustauscher 210 zu erreichen. Folglich wird z. B. die Luftzufuhr (Strom 113) auf 400 psia (27,58 bar) komprimiert und nach dem Kühlen (siehe Strom 116) in der Expansionsvorrichtung 105 auf etwa 325 psia (22,41 bar) expandiert, um den oberen Temperaturwert der Kälteerzeugung zu schaffen und danach in der Expansionsvorrichtung 106 auf etwa 150 psia (10,34 bar) expandiert, um den unteren Temperaturwert der Kälteerzeugung zu schaffen. Zumindest ein Teil der Energie, die aus diesen Expansionsvorrichtungen gewonnen wird, kann verwendet werden, um den Kältekompressor 107 zu betreiben. Das Joule-Thompson-Expansionsventil 510 verringert den Druck des Luftzufuhrstromes 122 weiter, so daß das Wiederaufkochen des flüssigen Teiles des Stromes 122 ermöglicht wird, um die Kondensationsleistung im Austauscher 214 für die Kolonne 410 zu liefern.In order to provide sufficient cooling energy so that the cycle can be performed as required, it is necessary that the air supply, stream 113 , be compressed to a pressure that the expansion of the expansion devices 105 and 106 is sufficiently high to both compress the compressor 107 operate and create sufficient refrigeration to compensate for the lost heat and to reach the warm end temperature in the heat exchanger 210 . Consequently, e.g. For example, the air supply (stream 113 ) is compressed to 400 psia (27.58 bar) and after cooling (see stream 116 ) in the expander 105 expands to about 325 psia (22.41 bar) to increase the upper temperature value of the refrigeration and then expanded in expansion device 106 to about 150 psia (10.34 bar) to create the lower temperature value of the refrigeration. At least a portion of the energy obtained from these expansion devices can be used to operate the refrigeration compressor 107 . The Joule-Thompson expansion valve 510 further reduces the pressure of the air feed stream 122, so that the reboiling of the liquid portion of the stream is allowed 122 to provide the condensing duty in exchanger 214 for the column 410th

Zur Verdeutlichung der Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung wird das folgende Beispiel erklärt.To illustrate the effectiveness of the present Invention, the following example is explained.

Beispielexample

Unter Bezugnahme aus Fig. 1 wird der Gasmischungsstrom 1, wobei die Gasmischung in diesem Fall Luft ist, dem Kompressor 100 zugeführt und von Umgebungsbedingungen auf einen Druck von 417 psia (28,75 bar) und eine Temperatur von 32°C komprimiert. Die komprimierte Zufuhr, der Strom 2, wird der Vorrichtung 300 zugeführt, um Kohlendioxid und Wasserdampf zu entfernen und wird als Strom 3 zur Kühlung in der Vorrichtung 200 gegen die wärmenden Produktströme zurückgeführt. Die abgekühlte Zufuhr, Strom 4, wird danach in der Turbine 101 expandiert, um einen Teil der Arbeit zu liefern, die für das Verfahren erforderlich ist, und im Wärmeaustauscher 201 weiter abgekühlt. Der Schritt der Expansion und der weiteren Abkühlung kann in einer einzelnen Stufe oder in einer Vielzahl von Stufen durchgeführt werden, die relativen Wärmekapazitäten der Gaszufuhr und der zurückkehrenden Produktströme werden die Zahl der Stufen bestimmen, die für diesen Schritt am besten sind. Referring to Fig. 1, the gas mixture stream 1 , in which case the gas mixture is air, is fed to the compressor 100 and compressed from ambient conditions to a pressure of 417 psia (28.75 bar) and a temperature of 32 ° C. The compressed feed, stream 2 , is fed to device 300 to remove carbon dioxide and water vapor and is returned as stream 3 for cooling in device 200 against the warming product streams. The cooled feed, stream 4 , is then expanded in turbine 101 to provide some of the work required for the process and further cooled in heat exchanger 201 . The expansion and further cooling step can be carried out in a single stage or in a plurality of stages, the relative heat capacities of the gas supply and the returning product streams will determine the number of stages which are best for this step.

Die Zufuhr aus dem Wärmeaustauscher 201, der Strom 5, der einen Druck von 250 psia (17,24 bar) und eine Temperatur von -155°C hat, wird dem Reboiler 202 der Destillationskolonne 400 zugeführt, worin der Strom 5 die Heizleistung liefert, die ausreichend ist, um die Flüssigkeit in der Kolonne aufzukochen, und dieser wird in dem Verfahren zumindest teilweise selbst kondensiert. Das verflüssigte Gas, der Strom 6, der den Reboiler bei einem Druck von 250 psia (17,24 bar) und einer Temperatur von -158°C verläßt, wird im Wärmeaustauscher 203 weiter gekühlt. Dieser unterkühlte Strom, der Strom 7, wird in zwei Teilströmen getrennt. Der erste Teilstrom, der etwa 15 Gew.-% des Stromes 7 umfaßt, wird durch das Drosselventil, die Vorrichtung 501, expandiert und tritt über Strom 14 in die Destillationskolonne 400 ein. Die Bedingungen dieses Stromes 14 sind ein Druck von 107 psia (7,38 bar) und eine Temperatur von -172°C. Der zweite Teilstrom, der die verbleibenden 85 Gew.-% des Stromes 7 darstellt, wird durch das Drosselventil 500 expandiert, um die Niedrigtemperatur-Abkühlleistung im Kondensator 204 für die Destillationskolonne 400 zu liefern. Die Bedingungen des Stromes 8 sind ein Druck von 71 psia (4,89 bar) und eine Temperatur von -177°C. In diesem Verfahren der Schaffung dieser Leistung wird der Strom 8 vollständig verdampft und dieser Dampfstrom, der Strom 9, wird verwendet, um eine gewisse Unterkühlungsleistung für den Strom 6 im Wärmeaustauscher 203 zu liefern. Der nachgewärmte Dampf, der Strom 10, wird danach im Kältekompressor 103 wieder auf einen Druck von 108,5 psia (7,48 bar) komprimiert, ein Druck, der größer als der Betriebsdruck der Destillationskolonne 400 von 108 psia (7,45 bar) ist.The feed from the heat exchanger 201 , the stream 5 , which has a pressure of 250 psia (17.24 bar) and a temperature of -155 ° C., is fed to the reboiler 202 of the distillation column 400 , in which the stream 5 supplies the heating power, that is sufficient to boil the liquid in the column, and this is at least partially self-condensed in the process. The liquefied gas, stream 6 , which leaves the reboiler at a pressure of 250 psia (17.24 bar) and a temperature of -158 ° C., is further cooled in the heat exchanger 203 . This supercooled stream, stream 7 , is separated into two sub-streams. The first partial stream, which comprises approximately 15% by weight of stream 7 , is expanded by the throttle valve, the device 501 , and enters the distillation column 400 via stream 14 . The conditions of this stream 14 are a pressure of 107 psia (7.38 bar) and a temperature of -172 ° C. The second substream, which represents the remaining 85% by weight of stream 7 , is expanded by throttle valve 500 to provide the low temperature cooling capacity in condenser 204 for distillation column 400 . The conditions of stream 8 are a pressure of 71 psia (4.89 bar) and a temperature of -177 ° C. In this process of creating this power, stream 8 is completely evaporated and this steam stream, stream 9 , is used to provide some supercooling power for stream 6 in heat exchanger 203 . The reheated steam, stream 10 , is then compressed again in refrigeration compressor 103 to a pressure of 108.5 psia (7.48 bar), a pressure greater than the operating pressure of distillation column 400 of 108 psia (7.45 bar) is.

Der Auslaßstrom des Kompressors 103, der Strom 11, wird in zwei Ströme getrennt. Ein geringer Teil, etwa 7,4 Gew.-% des Stromes 11, wird als Strom 20 herausgetrennt und wird auf Umgebungstemperatur erwärmt und tritt als Strom 21 aus, der als "Überschußgas" bezeichnet wird. Die verbleibenden 92,6 Gew.-% des Stromes 11 werden im Wärmeaustauscher gekühlt und der Destillationskolonne 400 zugeführt. Die Bedingungen dieses Stromes sind ein Druck von 108 psia (7,45 bar) und eine Temperatur von -157°C.The outlet stream of compressor 103 , stream 11 , is separated into two streams. A small portion, about 7.4% by weight of stream 11 , is separated out as stream 20 and is warmed to ambient temperature and exits as stream 21 , which is referred to as "excess gas". The remaining 92.6% by weight of stream 11 are cooled in the heat exchanger and fed to the distillation column 400 . The conditions of this stream are a pressure of 108 psia (7.45 bar) and a temperature of -157 ° C.

Die Destillationskolonne bewirkt die Destillationstrennung zwischen dem an Stickstoff reichen Produkt, dem Strom 30, und dem an Sauerstoff reichen Produkt, dem Strom 40. Das komprimierte sauerstoffreiche Produkt, das vom Boden der Kolonne 400 aufsteigt, wird in den Wärmeaustauschvorrichtungen 205, 201 und 200 wieder auf Umgebungstemperatur erwärmt und tritt als Strom 42 bei einem Druck von 107 psia (7,38 bar) und bei einer Sauerstoffreinheit von 97,7 Vol.-% aus. Das komprimierte stickstoffreiche Produkt, der Strom 30, der vom oberen Teil der Kolonne 400 kommt, wird in den Wärmeaustauschern 203, 205, 201 und 200 wieder auf Umgebungstemperatur erwärmt und tritt bei einem Druck von 106 psia (7,31 bar) und einer Stickstoffreinheit von 98 Vol.-% aus.The distillation column effects the distillation separation between the nitrogen-rich product, stream 30 , and the oxygen-rich product, stream 40 . The compressed oxygen-rich product rising from the bottom of column 400 is reheated to ambient temperature in heat exchangers 205, 201 and 200 and occurs as stream 42 at a pressure of 107 psia (7.38 bar) and an oxygen purity of 97. 7% by volume. The compressed nitrogen-rich product, stream 30 , coming from the top of column 400 , is reheated to ambient temperature in heat exchangers 203, 205, 201 and 200 and occurs at a pressure of 106 psia (7.31 bar) and a nitrogen purity from 98% by volume.

Die vorliegende Erfindung schafft eine vorteilhafte Verbesserung gegenüber bekannten Lufttrennungssystemen. Wie in Tabelle 1 gezeigt, trennt die vorliegende Erfindung, die bei den obengenannten Bedingungen arbeitet, Luft in ihre Bestandteilkomponenten bei geringerem Energiebedarf als der übliche patentierte Zyklus, der in US-PS 43 82 366 beschrieben ist. Der Bereich der Energieeinsparungen gegenüber US-PS 43 82 366 beträgt in Abhängigkeit von der Reinheit des Sauerstoffproduktes etwa 2 bis 10%. Es wird eine berechnete Energieminderung von mehr als 2% als signifikante Verringerung in Gastrennungssystemen angenommen. The present invention provides an advantageous one Improvement over known air separation systems. As shown in Table 1, the present invention separates working under the above conditions Air into their constituent components at less Energy requirements than the usual patented cycle, which in U.S. Patent 43 82 366 is described. The area of Energy savings over U.S. Patent 43 82 366 is in Depends on the purity of the oxygen product about 2 to 10%. It will be a calculated energy reduction of more than 2% as a significant reduction in Gas separation systems adopted.

Tabelle 1 Table 1

Die Grundlage dieser Berechnung war eine Sauerstoffproduktgeschwindigkeit von 1686 kg-Mol/h bei 97,7 Vol.-% Sauerstoff im Produkt, eine Temperatur von 15°C und ein Druck des Produktes von 107 psia (7,38 bar).The basis of this calculation was an oxygen product rate of 1686 kg-mol / h at 97.7% by volume Oxygen in the product, a temperature of 15 ° C and a Product pressure of 107 psia (7.38 bar).

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit dem Stand der Technik, insbesondere US-PS 43 82 366, ist die Rückgewinnung des zugeführten Sauerstoffs. In US-PS 43 82 366 wird die Rückgewinnung der Sauerstoffzufuhr durch die Sauerstoffkonzentration in der Luft eingegrenzt, die als Rückfluß zugeführt wird, in der vorliegenden Erfindung wird jedoch die Sauerstoffrückgewinnung durch die Wechselwirkung des flüssigen Rückflusses und der Dampfaufkochung bewirkt, folglich erhöht sich die Sauerstoffrückgewinnung mit Veränderungen in der Sauerstoffreinheit sehr stark. Diese Wirkung ist in Fig. 4 gezeigt. Diese Veränderung der Rückgewinnung hat einen Einfluß auf die Kosten. Zum Beispiel würde die vorliegende Erfindung bei einem 97 Vol.-% reinen Sauerstoffprodukt nur zwei Drittel der Luftzufuhr erfordern, die von US-PS 43 82 366 erforderlich ist.Another advantage of the present invention in comparison with the prior art, in particular US Pat. No. 4,382,366, is the recovery of the oxygen supplied. In U.S. Patent No. 4,382,366 the recovery of the oxygen supply is limited by the concentration of oxygen in the air which is supplied as the reflux, but in the present invention the oxygen recovery is effected by the interaction of the liquid reflux and the steam boiling, consequently the oxygen recovery increases with changes in oxygen purity very strong. This effect is shown in Fig. 4. This change in recovery has an impact on costs. For example, for a 97 volume percent pure oxygen product, the present invention would require only two-thirds of the air supply required by U.S. Patent 4,382,366.

Auf der Grundlage der vorangegangenen detaillierten Beschreibung ist es deshalb eine Besonderheit der vorliegenden Erfindung, den Gaszufuhrstrom als Arbeitsfluid sowohl für den Reboiler als auch den Kondensator der Kolonne zu verwenden, bevor der Gaszufuhrstrom in die Kolonne eingeführt wird.Based on the previous detailed It is therefore a special feature of the present description Invention, the gas supply stream as a working fluid for both the reboiler and the condenser the column to use before the gas feed stream in the column is inserted.

Eine weitere Besonderheit der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines Tieftemperatur-Gastrennungssystems zur Rückgewinnung der komprimierten, im wesentlichen reinen Stickstoff- und Sauerstoffprodukte aus Luft.Another peculiarity of the present invention is the use of a low temperature gas separation system to recover the compressed, essentially pure nitrogen and oxygen products from air.

Es ist eine weitere Besonderheit der vorliegenden Erfindung, Sauerstoff in einer Einzeldruckkolonne aus der Luft zu erzeugen, in der der Energiebedarf der Luftkompression, der für die Abtrennung des Sauerstoffs notwendig ist, aus der Verwendung des Stickstoffproduktstromes als sekundäre Kühlluft für die Verbrennungsvorrichtung abgeleitet ist, dessen Auslaßgas verwendet wird, um die Gasturbine zu betreiben, die wiederum die Energie für die Luftkompression und/oder Elektrizität zur Abgabe und den Verfahrensbetrieb liefert, wenn die Gasturbine an den Generator verbunden wird.It is another peculiarity of the present invention Oxygen in a single pressure column from the To generate air in which the energy requirement of air compression, which is necessary for the separation of oxygen is from the use of the nitrogen product stream as secondary cooling air for the combustion device is derived, the outlet gas used to operate the gas turbine, which in turn is the Energy for air compression and / or electricity to deliver and process operations if the Gas turbine is connected to the generator.

Es ist weiterhin eine Besonderheit der vorliegenden Erfindung, den Stickstoffproduktstrom teilweise oder insgesamt zu verwenden, um die Molekularsiebvorrichtung zu regenerieren.It is also a special feature of the present invention part or all of the nitrogen product stream to use the molecular sieve device too regenerate.

Claims

1. Verfahren zur Tieftemperaturtrennung von im wesentlichen reinen komprimierten Gasproduktbestandteilen aus einer Gasmischung in einer Einzeldestillationskolonne, gekennzeichnet durch die Stufen:

(a) Schaffung eines komprimierten Gaszufuhrstromes;
(b) Entfernung der Verunreinigungen aus dem Gaszufuhrstrom, die bei Tieftemperaturen gefrieren würden;
(c) Kühlen des Gaszufuhrstromes;
(d) Expandieren und weiteres Abkühlen des Gaszufuhrstromes in einer Turbine, um Arbeit zu erzeugen;
(e) Wärmeaustausch des Gaszufuhrstromes mit der flüssigen Phase vom Kolonnenboden, um zumindest den Gaszufuhrstrom teilweise zu kondensieren und zumindest einen Teil der Flüssigkeit aufzukochen;
(f) Trennung des Gaszufuhrstromes in zwei Teilströme;
(g) Expandieren des ersten Teilstromes und Zufuhr zur Destillationskolonne hauptsächlich in der flüssigen Phase;
(h) Expandieren des zweiten Teilstromes auf einen geringeren Druck und Wärmeaustausch des expandierten Gaszufuhrstromes gegen die Dampfphase vom oberen Teil der Kolonne, um die Dampfphase teilweise zu kondensieren und den Gaszufuhrstrom vollständig zu verdampfen, um dadurch den Kolonnenrückfluß zu schaffen;
(i) Kaltkompression des zweiten Teilstromes auf einen Druck oberhalb des Betriebsdruckes der Kolonne;
(j) Einführen des zweiten Teilstromes an einem mittleren Punkt der Kolonne;
(k) Entfernen des Gasproduktbestandteiles mit geringerem Siedepunkt vom oberen Teil der Kolonne unter Druck als Kopfproduktstrom und
(l) Entfernen des Produktbestandteiles mit höherem Siedepunkt aus dem Kolonnenboden unter Druck.

1. A process for the low-temperature separation of essentially pure compressed gas product components from a gas mixture in a single distillation column, characterized by the steps:

(a) creating a compressed gas feed stream;
(b) removing contaminants from the gas feed stream that would freeze at low temperatures;
(c) cooling the gas feed stream;
(d) expanding and further cooling the gas feed stream in a turbine to generate work;
(e) heat exchanging the gas feed stream with the liquid phase from the column bottom to at least partially condense the gas feed stream and boil at least a portion of the liquid;
(f) separation of the gas feed stream into two sub-streams;
(g) expanding the first substream and feeding it to the distillation column mainly in the liquid phase;
(h) expanding the second substream to a lower pressure and heat exchanging the expanded gas feed stream with the vapor phase from the top of the column to partially condense the vapor phase and fully evaporate the gas feed stream to thereby provide column reflux;
(i) cold compression of the second partial stream to a pressure above the operating pressure of the column;
(j) introducing the second partial stream at a central point of the column;
(k) removing the lower boiling point gas product component from the top of the column under pressure as the top stream and
(l) removing the product component with a higher boiling point from the column bottom under pressure.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine weitere Stufe der Entfernung eines kleinen Seitenstromes aus dem zweiten Teilstrom vor dessen Einlassen an einem mittleren Punkt der Kolonne, um dadurch die Produktreinheit zu erhöhen.2. The method according to claim 1, characterized through a further step of removing one small side stream from the second partial stream whose admission at a middle point the Column to increase product purity.

3. Verfahren zur Tieftemperaturabtrennung eines im wesentlich reinen komprimierten Sauerstoffproduktes aus Luft in einer Einzeldruckdestillationskolonne, gekennzeichnet durch die Stufen:

(a) Schaffung eines komprimierten Luftzufuhrstromes;
(b) Entfernung der Verunreinigungen aus dem Luftzufuhrstrom, die bei Tieftemperaturen gefrieren würden;
(c) Kühlen des Luftzufuhrstromes;
(d) Expandieren und weiteres Abkühlen des Luftzufuhrstromes in einer Turbine, um Arbeit zu erzeugen;
(e) Wärmeaustausch des Luftzufuhrstromes mit der flüssigen Phase vom Kolonnenboden, um den Luftzufuhrstrom zumindest teilweise zu kondensieren und zumindest einen Teil der Flüssigkeit aufzukochen;
(f) Trennung des Luftzufuhrstromes in zwei Teilströme;
(g) Expandieren des ersten Teilstromes und Zufuhr zur Destillationskolonne hauptsächlich in der flüssigen Phase;
(h) Expandieren des zweiten Teilstromes auf einen geringeren Druck und Wärmeaustausch des expandierten Gaszufuhrstromes gegen die Dampfphase vom oberen Teil der Kolonne, um die Dampfphase teilweise zu kondensieren und den Gaszufuhrstrom vollständig zu verdampfen, wodurch der Kolonnenrückfluß geschaffen wird;
(i) Kaltkompression des zweiten Teilstromes auf einen Druck oberhalb des Betriebsdruckes der Kolonne;
(j) Einführen des zweiten Teilstromes an einem mittleren Punkt der Kolonne;
(k) Entfernen des Stickstoffproduktes vom oberen Teil der Kolonne als Kopfproduktstrom unter Druck und
(l) Entfernen eines im wesentlichen reinen Sauerstoffproduktes vom Kolonnenboden unter Druck.

3. Process for the low-temperature separation of an essentially pure compressed oxygen product from air in a single-pressure distillation column, characterized by the steps:

(a) creating a compressed air supply stream;
(b) removing contaminants from the air supply stream that would freeze at low temperatures;
(c) cooling the air supply stream;
(d) expanding and further cooling the air supply stream in a turbine to generate work;
(e) heat exchanging the air supply stream with the liquid phase from the tray to at least partially condense the air supply stream and boil at least a portion of the liquid;
(f) separation of the air supply flow into two partial flows;
(g) expanding the first substream and feeding it to the distillation column mainly in the liquid phase;
(h) expanding the second substream to a lower pressure and heat exchanging the expanded gas feed stream with the vapor phase from the top of the column to partially condense the vapor phase and fully evaporate the gas feed stream, thereby creating column reflux;
(i) cold compression of the second partial stream to a pressure above the operating pressure of the column;
(j) introducing the second partial stream at a central point of the column;
(k) removing the nitrogen product from the top of the column as an overhead product stream under pressure and
(l) Removal of a substantially pure oxygen product from the tray under pressure.

4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine weitere Stufe der Entfernung eines kleinen Seitenstromes vom zweiten Teilstrom vor dessen Einlassen an einem mittleren Punkt der Kolonne, um dadurch die Produktreinheit zu erhöhen.4. The method according to claim 3, characterized through another stage of removal a small side stream from the second partial stream whose admission at a middle point the Column to increase product purity.

5. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine weitere Stufe der Verwendung des Stickstoffproduktes als sekundäres Kühlgas zum Abschrecken der Verbrennungsvorrichtung, deren Abgas eine Gasturbine betreibt, die Energie für die Luftkompression liefert.5. The method according to claim 3, characterized through a further stage of use of the nitrogen product as a secondary cooling gas for Quenching the combustion device, its exhaust gas a gas turbine operates the energy for air compression delivers.

6. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine weitere Stufe der Verwendung des Stickstoffproduktes als sekundäres Kühlgas zum Abschrecken der Verbrennungsvorrichtung, deren Abgas die Gasturbine betreibt, die die Energie für die Luftkompression liefert.6. The method according to claim 4, characterized through a further stage of use of the nitrogen product as a secondary cooling gas for Quenching the combustion device, its exhaust gas the gas turbine that operates the energy for the Air compression delivers.

7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigungen, die bei Tieftemperaturen gefrieren würden, Wasser und Kohlendioxid sind.7. The method according to claim 3, characterized in that the impurities that would freeze at low temperatures, water and Are carbon dioxide.

8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigungen, die bei Tieftemperaturen gefrieren würden, in einer Molekularsiebvorrichtung entfernt werden.8. The method according to claim 3, characterized in that that the impurities that would freeze at low temperatures, in one Molecular sieve device are removed.

9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigungen, die bei Tieftemperaturen gefrieren würden, Wasser und Kohlendioxid sind.9. The method according to claim 4, characterized in that that the impurities that would freeze at low temperatures, water and Are carbon dioxide.

10. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigungen, die bei Tieftemperaturen gefrieren würden, in einer Molekularsiebvorrichtung entfernt werden.10. The method according to claim 4, characterized in that the impurities that would freeze at low temperatures, in one Molecular sieve device are removed.

11. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigungen, die bei Tieftemperaturen gefrieren würden, Wasser und Kohlendioxid sind.11. The method according to claim 6, characterized in that the impurities that would freeze at low temperatures, water and Are carbon dioxide.

12. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigungen, die bei Tieftemperaturen gefrieren würden, in einer Molekularsiebvorrichtung entfernt werden.12. The method according to claim 6, characterized in that that the impurities that would freeze at low temperatures, in one Molecular sieve device are removed.

13. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine weitere Stufe der Verwendung des Stickstoffproduktes zur Regenerierung der Molekularsiebvorrichtung.13. The method according to claim 8, characterized through a further stage of use of the nitrogen product to regenerate the molecular sieve device.

14. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine weitere Stufe der Verwendung des Stickstoffproduktes zur Regenerierung der Molekularsiebvorrichtung.14. The method according to claim 10, characterized through a further stage of use of the nitrogen product for regeneration the molecular sieve device.

15. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine weitere Stufe der Verwendung des Stickstoffproduktes, um die Molekularsiebvorrichtung zu regenerieren, bevor es als sekundäres Kühlgas der Verbrennungsvorrichtung zugeführt wird. 15. The method according to claim 12, characterized through a further stage of Use of the nitrogen product to the molecular sieve device to regenerate before it as secondary cooling gas supplied to the combustion device becomes.

16. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasturbine den Kompressor und den Generator zur Erzeugung elektrischer Energie zur Abgabe oder für den Verfahrensbedarf betreibt.16. The method according to claim 5, characterized in that that the gas turbine the compressor and the generator for generating electrical Energy for supply or for process requirements operates.

17. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasturbine den Kompressor und den Generator zur Erzeugung elektrischer Energie zur Abgabe oder für den Verfahrensbedarf betreibt.17. The method according to claim 6, characterized in that that the gas turbine the compressor and the generator for generating electrical Energy for supply or for process requirements operates.

18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasturbine den Kompressor und den Generator zur Erzeugung elektrischer Energie zur Abgabe oder für den Verfahrensbedarf betreibt.18. The method according to claim 15, characterized in that the gas turbine the compressor and the generator for generating electrical Operates energy for delivery or for process requirements.